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摘要： 以ARM嵌入式Linux操作系统为开发平台，结合AVR单片机，在优化测距算法的同时采用测距范围可达50 m的大量程空气超声换能器，设计了一款精度高、量程远、价格低、各种车型都适用的汽车防撞报警系统.该系统采用飞凌OK6410为主控开发板，AVR单片机负责采集行驶车辆间的距离数据并通过RS232与ARM开发板通信，将车辆间距和速度信息传送给ARM开发板，系统利用建立的防撞模型得到报警信息.实验表明：该系统在一定范围内可以准确地发出报警信息，具有创新性和实用性.
关键词： ARM嵌入式； Linux操作系统； 超声波换能器； 测距算法；
中图分类号： TP 368.1文献标志码： A文章编号： 10005137（2016）04044107
0引言
随着城市经济的发展，人口的增加，截至2013年，全国汽车保有量为1.37亿辆，近十年汽车年均增加1100多萬辆，然而道路交通事故死亡人数也随之增加.最近几年交通事故屡屡发生，直接影响了人们的人身安全并造成了巨大的财产损失.产生上述严重情况的原因有以下两点：（1）司机超速行驶或者酒驾；（2）汽车防撞功能不强大.在嵌入式技术飞速发展和相关硬件成熟的同时，嵌入式车载监控系统开始走进汽车行业[1].国际上，如德国、日本、美国等先进汽车生产国在十几年前已经开始进行主动防撞安全装置的开发与研究.2014年1月6日，丰田与奥迪两家汽车制造商在美国CES消费电子展上展出自主研发的无人驾驶汽车.在国外的高端轿车中，汽车自动防撞系统并不罕见.纵观国内汽车防撞技术这一块领域成果还比较少，虽有部分公司技术含量已位列世界先进，但其产品价格不菲.根据以上情况，本文作者以大量程超声波测距系统为基础[2]，优化行车模型，在ARM开发平台上设计了一款适用于现代车辆的汽车防撞系统.系统的功能实用简单，价格实惠，具有普及性.
1系统硬件设计方案
选择一种基于ARM处理器的嵌入式系统方案[3].即以ARM11处理器为中央CPU，搭建必要的外围设备，结合超声波测距装置，速度传感器，报警装置以及相关的设备接口，构建了一个典型的嵌入式设备.系统采用主流的Linux操作系统.系统总体设计方案的框架如图1所示.
1.1ARM主控制器
OK6410开发板基于三星公司的ARM11处理器，是由三星公司推出的一款低功耗、高性价比的RSIC处理器，它基于ARM11内核（ARM1176JZFS），可广泛应用于移动电话和通用处理等领域；S3C6410为2.5 G和3 G通信服务提供了优化的硬件性能，内置强大的硬件加速器：包括运动视频处理、音频处理、2D加速、显示处理和缩放等.
1.2超声波测距装置
在汽车防撞系统的研究中，用于测距的装置常见的有：雷达、激光、超声波等[4].它们的性能比较如表1所示.毫米雷达广受人们的青睐，但从表格中可以看出其价格昂贵，不利于普及.激光雷达和高精度摄像头受环境影响太大，因此研发具有大量程的超声波防撞系统应用于智能车载系统中非常有必要.超声波测距从原理上可分为共振式、脉冲反射式2种.由于功能上的要求，在本系统中采用脉冲反射式，即利用超声的反射特性.常温环境下通常取超声波的速度为340 m/s.由公式L=c× t/2可以计算出发射点距障碍物的距离L，t为传播时间，c为超声波的速度.
1.2.1超声波发射模块
超声波发射电路包括超声波控制电路和超声波产生电路两部分.超声波探头的型号选用DY150大功率换能器，其中心频率为15 kHz，最大量程50 m，最大特点发射接收一体并且通过超声波发生电路直接驱动换能器，产生超声波，具体电路如图2所示：
1.2.2超声波接收模块
采用中断的方式接收信号.超声波发生传感器反射一串超声波信号，通过空气传播，遇到障碍物后返回，超声波接收装置接收到回波信号，由于接收到的信号幅度小，所以经过放大、检波和滤波，最后通过电压比较器输出一个脉冲信号，输入到单片机外部中断输入端，引起单片机中断.
1.3报警模块设计
在车辆行驶过程，如果两车之间距离小于安全距离，则报警模块通过ARM开发板利用防撞算法点亮LED报警电路.
2汽车防撞模型的建立
2.1模型确立原则
为了使系统能够有效地对驾驶员起到警示作用，又不能因为过多的提醒而干扰驾驶员的正常驾驶，模型的确立应该遵循以下几个方面的原则[5]：
（1） 提醒报警距离应该为驾驶员留有充足的反应时间，在驾驶员听到报警后能够从容地按照正常的习惯做好减速准备；
（2） 危险报警距离（紧急制动临界距离）的设立将不考虑驾驶员的反应时间和准备时间.主要是驾驶员在听到前面提醒报警后应该已经处于警戒状态，随时都可以采取刹车.其次也要防止频繁出现危险报警干扰驾驶员正常操作；
（3） 模型应能反映汽车在不同运动状态下的最危险情况，对于不同状况下危险距离的判断具有较好的鲁棒性.
关键词： ARM嵌入式； Linux操作系统； 超声波换能器； 测距算法；
中图分类号： TP 368.1文献标志码： A文章编号： 10005137（2016）04044107
0引言
随着城市经济的发展，人口的增加，截至2013年，全国汽车保有量为1.37亿辆，近十年汽车年均增加1100多萬辆，然而道路交通事故死亡人数也随之增加.最近几年交通事故屡屡发生，直接影响了人们的人身安全并造成了巨大的财产损失.产生上述严重情况的原因有以下两点：（1）司机超速行驶或者酒驾；（2）汽车防撞功能不强大.在嵌入式技术飞速发展和相关硬件成熟的同时，嵌入式车载监控系统开始走进汽车行业[1].国际上，如德国、日本、美国等先进汽车生产国在十几年前已经开始进行主动防撞安全装置的开发与研究.2014年1月6日，丰田与奥迪两家汽车制造商在美国CES消费电子展上展出自主研发的无人驾驶汽车.在国外的高端轿车中，汽车自动防撞系统并不罕见.纵观国内汽车防撞技术这一块领域成果还比较少，虽有部分公司技术含量已位列世界先进，但其产品价格不菲.根据以上情况，本文作者以大量程超声波测距系统为基础[2]，优化行车模型，在ARM开发平台上设计了一款适用于现代车辆的汽车防撞系统.系统的功能实用简单，价格实惠，具有普及性.
1系统硬件设计方案
选择一种基于ARM处理器的嵌入式系统方案[3].即以ARM11处理器为中央CPU，搭建必要的外围设备，结合超声波测距装置，速度传感器，报警装置以及相关的设备接口，构建了一个典型的嵌入式设备.系统采用主流的Linux操作系统.系统总体设计方案的框架如图1所示.
1.1ARM主控制器
OK6410开发板基于三星公司的ARM11处理器，是由三星公司推出的一款低功耗、高性价比的RSIC处理器，它基于ARM11内核（ARM1176JZFS），可广泛应用于移动电话和通用处理等领域；S3C6410为2.5 G和3 G通信服务提供了优化的硬件性能，内置强大的硬件加速器：包括运动视频处理、音频处理、2D加速、显示处理和缩放等.
1.2超声波测距装置
在汽车防撞系统的研究中，用于测距的装置常见的有：雷达、激光、超声波等[4].它们的性能比较如表1所示.毫米雷达广受人们的青睐，但从表格中可以看出其价格昂贵，不利于普及.激光雷达和高精度摄像头受环境影响太大，因此研发具有大量程的超声波防撞系统应用于智能车载系统中非常有必要.超声波测距从原理上可分为共振式、脉冲反射式2种.由于功能上的要求，在本系统中采用脉冲反射式，即利用超声的反射特性.常温环境下通常取超声波的速度为340 m/s.由公式L=c× t/2可以计算出发射点距障碍物的距离L，t为传播时间，c为超声波的速度.
1.2.1超声波发射模块
超声波发射电路包括超声波控制电路和超声波产生电路两部分.超声波探头的型号选用DY150大功率换能器，其中心频率为15 kHz，最大量程50 m，最大特点发射接收一体并且通过超声波发生电路直接驱动换能器，产生超声波，具体电路如图2所示：
1.2.2超声波接收模块
采用中断的方式接收信号.超声波发生传感器反射一串超声波信号，通过空气传播，遇到障碍物后返回，超声波接收装置接收到回波信号，由于接收到的信号幅度小，所以经过放大、检波和滤波，最后通过电压比较器输出一个脉冲信号，输入到单片机外部中断输入端，引起单片机中断.
1.3报警模块设计
在车辆行驶过程，如果两车之间距离小于安全距离，则报警模块通过ARM开发板利用防撞算法点亮LED报警电路.
2汽车防撞模型的建立
2.1模型确立原则
为了使系统能够有效地对驾驶员起到警示作用，又不能因为过多的提醒而干扰驾驶员的正常驾驶，模型的确立应该遵循以下几个方面的原则[5]：
（1） 提醒报警距离应该为驾驶员留有充足的反应时间，在驾驶员听到报警后能够从容地按照正常的习惯做好减速准备；
（2） 危险报警距离（紧急制动临界距离）的设立将不考虑驾驶员的反应时间和准备时间.主要是驾驶员在听到前面提醒报警后应该已经处于警戒状态，随时都可以采取刹车.其次也要防止频繁出现危险报警干扰驾驶员正常操作；
（3） 模型应能反映汽车在不同运动状态下的最危险情况，对于不同状况下危险距离的判断具有较好的鲁棒性.